Способ контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций

 

Изобретение относится к области механических испытаний и предназначено для контроля параметров качества железобетонных строительных конструкций в виде балок и балочных плит. Способ контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций заключается в изготовлении первой эталонной конструкции при строгом соблюдении требований технических условий, установке ее на стенде в соответствии с условиями эксплуатации, нагружении тремя ступенями равномерно распределенной нагрузки, соответствующими трем нормативным контрольным нагрузкам по жесткости [Р_w], трещиностойкости [Р_тр] и прочности [Р_пр], измерении резонансной частоты колебаний конструкции без нагрузки f₀ и на каждом этапе нагружения (f_w, f_тр, f_пр), построении по полученным результатам аппроксимирующей зависимости f₁-P₁, нагружении контролируемой конструкции серийного изготовления один раз равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью Р≤ [Р_w], измерении резонансной частоты колебаний контролируемой конструкции f_c, определении из полученной аппроксимирующей зависимости f₁-P₁ резонансной частоты колебаний первой эталонной конструкции _э1 при той же нагрузке, что и для контролируемой конструкции. При этом изготавливают вторую эталонную конструкцию по минимально допустимым требованиям по жесткости, трещиностойкости и прочности к конструкциям данного типа, строят для нее аппроксимирующую кривую f₂-P₂, аналогичную аппроксимирующей кривой для первой эталонной конструкции в соответствии с теми же правилами ее построения, определяют из полученной аппроксимирующей зависимости f₂-Р₂ резонансную частоту колебаний второй эталонной конструкции _э2 при той же нагрузке, что и для контролируемой конструкции, и, в случае, если выполняется условие f_э2≤f_c≤f_э1, делают вывод о том, что контролируемая конструкция удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к конструкциям данного типа по всем трем показателям качества. Данное изобретение заключается в установлении границ возможного изменения резонансной частоты колебаний для исследуемых железобетонных конструкций. 1 ил.

Изобретение относится к области механических испытаний и предназначено преимущественно для контроля параметров качества (жесткости, трещиностойкости и прочности) железобетонных строительных конструкций в виде балок и балочных плит.

Известен способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия [1], включающий закрепление контролируемой конструкции на опорах в соответствии с условиями эксплуатации, возбуждение в ней изгибных колебаний основного тона, определении частоты и логарифмического декремента затухания колебаний, сравнение полученных значений динамических параметров контролируемого изделия со значениями аналогичных параметров, полученных на эталонном изделии при тех же режимах контроля, и интегральную оценку качества готового изделия (жесткости, трещиностойкости, прочности) по результатам сравнения.

Недостаток этого способа заключается в низкой точности оценок контролируемых параметров качества, особенно параметров трещиностойкости и прочности железобетонных балок и балочных плит в связи с тем, что динамические свойства конструкции в ненагруженном состоянии из-за различных ее несовершенств (неравномерное натяжение арматурных стержней, неплоскостность нижней грани, неплотное прилегание конструкции к опорным устройствам и др.) не успевают проявиться в полной мере.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ неразрушающего контроля качества готового железобетонного изделия [2], который заключается в установке эталонного изделия на опорах в соответствии с условиями эксплуатации, нагружении ее тремя ступенями равномерно распределенной нагрузки, соответствующими трем нормативным контрольным нагрузкам для определения жесткости [P_w], трещиностойуости [Р_тр] и прочности [Р_пр], измерении резонансной частоты колебаний конструкции без нагрузки f₀ и на каждом этапе нагружения (f_w, f_тр, f_пp), построении по полученным данным аппроксимирующей зависимости f-Р, нагружении контролируемой конструкции один раз равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью Р≤ [P_w], возбуждении колебаний на резонансной частоте, измерении ее и определении пригодности ее к эксплуатации путем сравнения резонансных частот колебаний f_с и f_э, соответствующих заданной нагрузке.

Недостаток этого способа заключается в том, что с его помощью осуществляется отбраковка таких изделий, которые не удовлетворяют условию f_c<f, но удовлетворяют минимально допустимым требованиям для данного типа конструкций по параметрам жесткости, или трещиностойкости, или прочности.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в установлении границ возможного изменения резонансной частоты колебаний для железобетонных конструкций определенного типа, удовлетворяющих минимально допустимым требованиям по жесткости, трещиностойкости и прочности.

Это достигается тем, что в способе контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций, заключающемся в изготовлении эталонной конструкции при строгом соблюдении требований технических условий, установке ее на стенде в соответствии с условиями эксплуатации, нагружении тремя ступенями равномерно распределенной нагрузки, соответствующими трем нормативным контрольным нагрузкам по жесткости [P_w], трещиностойкости [Р_тр] и прочности [Р_пр], измерении резонансной частоты колебаний конструкции без нагрузки t₀ и на каждом этапе нагружения (f_w, f_тp, f_пp), построении по полученным результатам аппроксимирующей зависимости f-P, натружении контролируемой конструкции серийного изготовления один раз равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью Р≤ [P_w], измерении частоты колебаний конструкции и определении пригодности ее к эксплуатации путем сравнения резонансных частот колебаний f_c и f_э, соответствующих заданной нагрузке, изготавливают вторую эталонную конструкцию с учетом минимально допустимых требований к изделиям данного типа по жесткости, трещиностойкости и прочности.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изготавливают две эталонные конструкции. Одну из них выполняют в строгом соответствии с требованиями технических условий на изделия заданного типа. Второе эталонное изделие изготавливают таким образом, чтобы оно удовлетворяло минимально допустимым требованиям по жесткости, прочности и трещиностойкости. Для каждого эталонного изделия строятся аппроксимирующие функции f-P. При построении аппроксимирующей функции для второго эталонного изделия его нагружение осуществляют большим количеством ступеней, назначая промежуточные нагрузки между нормативными значениями контрольных нагрузок по жесткости, трещиностойкости и прочности. Это необходимо потому, что для некоторых типов железобетонных конструкций характер изменения второй эталонной кривой может быть отличным от первой.

После нагружения изделия серийного изготовления одной контрольной нагрузкой и определения его резонансной частоты колебаний производят сравнение этой частоты с частотами колебаний эталонных конструкций при той же внешней нагрузке. В том случае, если f_э2≤f_c, то серийное изделие считается удовлетворяющим требованиям жесткости, прочности и трещиностойкости и признается годным к эксплуатации. В противном случае изделие отбраковывают.

Наличие первой эталонной кривой при реализации предлагаемого способа необходимо производителю для контроля стабильности показателей качества серийно выпускаемых конструкций.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где кривая 1 построена для эталонной конструкции (железобетонной плиты дорожного покрытия ПДН (ТУ 35-871-89)), изготовленной в соответствии с требованиями технических условий, а кривая 2 - для плиты этого же типа, изготовленной по минимальным допускам по трещиностойкости и прочности.

Пример реализации способа

Пример №1. В качестве эталонных изготовили две плоские железобетонные предварительно напряженные дорожные плиты марки ПДН (ТУ 35-871-89). Первую изготовили в соответствии с требованиями технических условий на данный тип изделий. Вторую изготовили по минимально допустимым требованиям по трещиностойкости и прочности: для этого использовали бетон низшего из возможных классов, поперечное сечение плиты выполнили с учетом допустимых отклонений ее геометрических размеров в меньшую сторону, величина контролируемого напряжения арматуры, натянутой на упоры, была выдержана в пределах минимальных допусков.

При проведении испытаний были получены следующие результаты.

Для плиты, изготовленной с минимально допустимыми требованиями технических условий на данный тип изделия:

- при Р=0→ f=5,75 Гц;

- при Р_тр=2,33 кН/м→ f=4,98 Гц;

- при Р=4,67 кН/м→ f=4,23 Гц;

- при Р=7 кН/м→ f=3,43 Гц.

По этим данным построена аппроксимирующая кривая

которая описывает экспериментальные данные с точностью до 0,2%.

Для плиты, изготовленной со строгим выполнением всех конструктивных и технологических требований:

- при Р=0→ f=5,96 Гц;

- при Р_тр=2,33 кН/м→ f=5,21 Гц;

- при Р=4,67 кН/м→ f=4,40 Гц;

- при Р=7 кН/м→ f=3,66 Гц.

По полученным данным построена аппроксимирующая кривая

Затем взяли плиту той же марки серийного изготовления, нагрузили ее нагрузкой Р=2,17 кН/м ≤ [Р_тр], равномерно распределенной по всей площади, возбудили в ней колебания на резонансной частоте и измерили эту частоту (f_с=5,22 Гц, точка 3 на графике (см. чертеж)). По формуле (1) нашли минимально допустимую резонансную частоту колебаний эталонной плиты при той же нагрузке, которая оказалась равной f_э2=5,04 Гц, а по формуле (2) - величину f_э1=5,27 Гц. Сопоставление полученных частот колебаний показывает, что f_э2≤f_c≤f_э1. Это свидетельствует о том, что по всем трем показателям качества плита серийного изготовления удовлетворяет техническим условиям на данное изделие.

Пример №2. Требуется проконтролировать специально изготовленную плиту дорожного покрытия, в которой предварительному натяжению арматуры подверглось 50% стержней. После приложения нагрузки Р=2,17 кН/м в плите возбудили колебания на резонансной частоте и измерили ее (f_с=4,64 Гц, точка 4 на графике (см. чертеж)). Сравнение полученного результата с минимально допустимым значением f_э2=5,04 Гц, взятым из предыдущего примера, показывает, что f_э2≥f_с. Это свидетельствует о том, что проконтролированная плита не удовлетворяет условиям жесткости, трещиностойкости и прочности и должна быть отбракована.

Таким образом, технический результат достигается за счет изготовления и проведения динамических испытаний второго эталонного изделия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.

1. Сехниашвили Э.А. Интегральная оценка качества и надежности предварительно напряженных конструкций. - М.: Наука, 1988 - 216 с.

2. Патент РФ № 2184949, МКИ Кл.⁶ G 01 N 3/32. Способ контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкий /Коробко В.И., Красильников Д.И., Поляков В.И. Опубл. БИ № 19. - 2002.

Формула изобретения

Способ контроля жесткости, трещиностойкости и прочности изгибаемых железобетонных конструкций, заключающийся в изготовлении первой эталонной конструкции при строгом соблюдении требований технических условий, установке ее на стенде в соответствии с условиями эксплуатации, нагружении тремя ступенями равномерно распределенной нагрузки, соответствующими трем нормативным контрольным нагрузкам по жесткости [P_w], трещиностойкости [Р_тр] и прочности [Р_пр], измерении резонансной частоты колебаний конструкции без нагрузки f₀ и на каждом этапе нагружения (f_w, f_тр, f_пр), построении по полученным результатам аппроксимирующей зависимости f₁-P₁, нагружении контролируемой конструкции серийного изготовления один раз равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью Р≤ [P_w], измерении резонансной частоты колебаний контролируемой конструкции f_c, определении из полученной аппроксимирующей зависимости f₁-P₁ резонансной частоты колебаний первой эталонной конструкции _э1 при той же нагрузке, что и для контролируемой конструкции, отличающийся тем, что изготавливают вторую эталонную конструкцию по минимально допустимым требованиям по жесткости, трещиностойкости и прочности к конструкциям данного типа, строят для нее аппроксимирующую кривую f₂-Р₂, аналогичную аппроксимирующей кривой для первой эталонной конструкции в соответствии с теми же правилами ее построения, определяют из полученной аппроксимирующей зависимости f₂-P₂ резонансную частоту колебаний второй эталонной конструкции _э2 при той же нагрузке, что и для контролируемой конструкции, и в случае, если выполняется условие f_э2≤f_c≤f_э1, делают вывод о том, что контролируемая конструкция удовлетворяет техническим требованиям, предъявляемым к конструкциям данного типа по всем трем показателям качества.

РИСУНКИРисунок 1